位于表面层分子受限的聚合物膜的制备及松弛行为的研究

• 作 者: 钱超
• 机 构: 浙江理工大学
• 出 处: 浙江理工大学
• 发表日期: 2013年期
• 关键词: 表层胶束核内聚合物 链段松弛行为 薄膜制备 表面结构 本体状态

聚合物由于不同的几何结构和体系环境，会处于多种不同的受限状态中，从而影响聚合物的物理和化学性能。近年来，纳米尺度受限聚合物材料在多个领域得到了广泛的应用。在受限聚合物材料的应用过程中，其表面层结构和性能对于整体性能而言有重要的影响。　　本论文以接触角(CA)、原子力显微镜(AFM)、和频振动光谱(SFG)为主要研究手段，研究了表层胶束核内聚合物的链段松弛行为以及聚苯乙烯类聚合物薄膜表面结构的形成过程及其影响因素。得到以下结论:　　(1)对于PS-PAA胶束体系，受限于表层胶束核内的PS链段的松弛行为不同于纯PS薄膜和本体状态（TgFilm＜ Tonset＜TgBulk）。胶束内分子链紧密程度越大，核内PS链段越难发生松弛。对于PS链段分子量在PS缠结分子量以上的胶束（如PS278-PAA47胶束、PS404-PAA63胶束），核内分子链紧密程度的小幅增加就能明显抑制核内PS链段的松弛;对于PS链段分子量在PS缠结分子量以下的胶束（如PS154-PAA49胶束），核内分子链紧密程度的增加也会抑制核内PS链段的松弛，但效果没有PS278-PAA47胶束、PS404-PAA63胶束明显。这可能是因为PS278-PAA47胶束、PS404-PAA63胶束核内分子链的排布受堆砌效应和缠结效应共同影响，而PS154-PAA49胶束核内分子链的排布只受堆砌效应的影响。　　(2)对于PMMA-PAA体系，受限于表层胶束核内的PMMA链段的松弛行为不同于纯PMMA薄膜和本体状态（Tonset＜ TgFilm～ TgBulk）。PAA段长越长，胶束核内的PMMA链段松弛温度越低。这可能是因为增长PAA段会减小胶束核的尺寸，增大自由表面作用所占比重，导致核内PMMA链段松弛温度的降低。　　(3)研究了聚苯乙烯(PS)浇铸膜的表面结构和性质。低浓度PS溶液制备的浇铸膜，侧基苯环占据薄膜表面;高浓度PS溶液制备的浇铸膜，主链及端基占据薄膜表面。这主要是由于不同浓度溶液中分子链缠结程度不同引起的。低分子量的PS浇铸膜临界缠结浓度较大，浇铸膜表面最大水接触角也较大。高分子量的PS浇铸膜临界缠结浓度较小，浇铸膜表面最大水接触角也较小。　　(4)研究了聚苯乙烯(PS)旋涂膜的表面结构和性质。不同成膜溶液浓度制备的旋涂膜的表面都只观察到侧基苯环在表面的富集。这可能是因为离心力拉伸了分子链，消除了分子链缠结对于侧基苯环的束缚，苯环通过β松弛形成远离薄膜表面的取向。分子量，旋涂转速并没有影响旋涂膜表面结构。